[发明专利]一种降滤失剂及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种降滤失剂及其制备方法、应用，该种降滤失剂，包括结构单元改性的木质素分子，所述结构单元包括硅氧烷基团和酰胺基团。通过向木质素中引入结构单元，可以有效提高高温条件下木质素降滤失剂的吸附量，提高高温条件下降滤失剂的作用效果。本发明所提供的降滤失剂分子中的酰胺基团和硅氧烷基团为吸附基团，磺酸基团为亲水基团，结构单元在水中有较大的溶解度，具有较强的抗盐能力。

技术领域

本发明涉及油田化学助剂领域，具体地，涉及一种降滤失剂及其制备方法、应用。

背景技术

随着油气勘探开发的快速发展和人类环保意识的加强，钻井技术对钻井液提出了更新更高的要求，特别是钻井液的使用越来越受到环保政策和法律法规的限制。降滤失剂作为钻井液重要的处理剂之一，其环保性问题也逐渐国内外钻井液技术人员关注的重要课题。在环保钻井液降滤失剂的研发领域，主要是以天然高分子及其改性产物为主，主要包括淀粉、黄原胶、纤维素、木质素、单宁和植物胶等，抗温一般不超过150℃，鲜有的个别品种的抗温能力可以达到180℃，且存在耐候性差的性能缺陷。

木质素是具有复杂三维网状空间结构的非晶型的多羟基的天然芳香族高分子聚合物，在储量上仅次于纤维素，来源广泛，价格低廉，极具开发价值。木质素分子中存在芳香基、酚羟基、醇羟基、醛基、羰基和甲氧基等活性基团，可以进行氧化、还原、水解、醇解、光解、磺化、烷基化、醚化、卤化、硝化、缩聚和接枝共聚等化学反应。然而，木质素的分子结构复杂，空间位阻大，疏水性强，阻碍了木质素分子与试剂之间的接触，从而导致其化学活性较弱，严重影响了木质素改性产品的高效利用。木质素改性降滤失剂制备的主要方法是将木质素(主要为木质素磺酸盐)与乙烯基功能单体接枝共聚来实现的。在1987年，S.E.Fry等人即在文献《Method of reducing fluid loss in cement compositions which maycontain substantial salt concentrations》(美国专利US 4703801)报道了以木质素磺酸盐为原料，通过接枝共聚的方法引入功能单体，如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯腈(AN)，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)等获取抗温抗盐改性木质素降滤失剂的技术方案。国内，文献《AM/AOPS/木质素磺酸接枝共聚物降滤失剂的合成与性能评价》(重庆科技学院学报(自然科学版)，2012年，14(2)：108-111)中，将丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰氧基-2-甲基丙基磺酸(AOPS)与木质素磺酸钙(Ca-SL)接枝共聚，得到一种木质素接枝共聚降滤失剂。该降滤失剂表现出较强的抗温抗盐能力。经180℃老化16h后，当加量为2.0％(钻井液领域常用配比方案)时，即可将淡水基浆和4.0％的盐水基浆的高温高压滤失量(FL_HTHP)分别仅为24.3mL、17.8mL；当加量增大至4.0％时，淡水基浆和4.0％的盐水基浆的高温高压滤失量(FL_HTHP)分别仅为24.0mL、 22.0mL。目前，引发木质素与乙烯基单体接枝共聚的方法主要包括化学引发、化学-酶法引发和活性引发聚合。其中，利用化学引发剂引发的接枝共聚是最常用的技术方法。但无论哪种接枝共聚方法，其目的即是向木质素分子链中引入吸附基团(如酰胺基团、季铵基团等)或水化基团(如磺酸基团、羧酸基团等)。在反应过程中，大多是通过引发剂夺取了木质素分子链上的质子而产生自由基，然后再与烯基单体自由基连接形成共价键，从而实现链扩展，直至自由基消失达到链终止。而木质素分子链中被夺取质子的基团一般为羟基，这必然使得最终得到的木质素降滤失剂分子中含有醚键，从而会对其抗温能力和耐候性产生一定的负面影响。从磺化木质素的分子结构上来看，其分子链中分布有大量的羟基和磺酸基团，可以充当水化基团。而从磺化木质素在钻井液中所表现出来的性能上来看，其并未展现出显著的降滤失效果。究其原因，主要是由于其分子中缺少吸附基团造成的。虽然通过接枝共聚的方法在木质素分子链中引入了如酰胺基团、季铵基团作为吸附基团，在增强吸附性方面起到了一定效果，在高温环境下醚键的断裂必然会降低改性木质素降滤失剂分子在黏土表面的吸附量，降滤失的效果明显降低。

发明内容